[논문]플럭스 코어드 와이어를 이용한 티타늄의 GTAW

방국수

[국내논문] 플럭스 코어드 와이어를 이용한 티타늄의 GTAW
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방국수 (부경대학교 신소재공학부)

GTAW of titanium using flux cored wire was exploited. Flux cored wire with MgF$_2$ resulted in 60% deeper penetration than conventional active GTAW which applys fluxes in the form of paste. Emission spectroscopy of the arc with MgF$_2$ showed Ti II peak, indicating higher temperature arc. Elux cored wire formed weld metal with reasonably low oxygen content.

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문제 정의

이 용접법은 판의 표면에 붓이나 스프레이 둥으로 미리 플럭스를 도포한 후 용접하는 방법으로, 용접과 정 중 플럭스의 작용에 의한 아크 플라즈마의 긴 축으로 깊은 용입깊이를 나타내어 생산성을 향상 시킨다고 보고 되고 있다「3). 본 연구에서는 이러한 플럭스의 첨가를 붓이나 스프레이가 아닌 플럭스 코어드 와이어로 자동적으로 첨가하는 GTAW를 시도하여 용접과정 중 아크특성과 용입깊이 증가를 조사하였다. 동시에 플럭스 조성, 특히 MgF2 첨가량이 용입깊이에 미치는 영향을 함께 조사하였다.

제안 방법

본 연구에서는 이러한 플럭스의 첨가를 붓이나 스프레이가 아닌 플럭스 코어드 와이어로 자동적으로 첨가하는 GTAW를 시도하여 용접과정 중 아크특성과 용입깊이 증가를 조사하였다. 동시에 플럭스 조성, 특히 MgF2 첨가량이 용입깊이에 미치는 영향을 함께 조사하였다.
GTAW 는 아크길이 3mm, 전류 180A, 속도 3mm/s로 100% Ar가스를 사용하여 (35cfh) 용접하였다. 용접 후 용접부를 절단하여 용입깊이, 비 드폭을 측정하고 용접금속에 대하여 경도측정과 가스성분을 분석하였다. 용접과정 중에는 아크전 압과 플라즈마 성분을 전류/전압측정장치와 방출 분광법을 사용하여 각각 측정, 분석하였다.
용접 후 용접부를 절단하여 용입깊이, 비 드폭을 측정하고 용접금속에 대하여 경도측정과 가스성분을 분석하였다. 용접과정 중에는 아크전 압과 플라즈마 성분을 전류/전압측정장치와 방출 분광법을 사용하여 각각 측정, 분석하였다.
이러한 실험결과를 토대로 MgF2를 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 제조한 후 GTAW를 행 하였다. Fig.

대상 데이터

실험에 사용한 티타늄은 두께 6mm의 Grade 2 CP 티타늄이다. 플럭스는 85%CaF2 -14%BaCl2 -l%NaF를 기본조성으로 하고 MgF2의 효과를 조사하기 CaF2를 대체하여 MgF?를 순차적으로 증가시켰다.
플럭스는 85%CaF2 -14%BaCl2 -l%NaF를 기본조성으로 하고 MgF2의 효과를 조사하기 CaF2를 대체하여 MgF?를 순차적으로 증가시켰다. 이들 플럭스를 사용하여 아세톤에 현탁 시킨 페이스트와 직경 1.4mm의 플럭스 코 어드 와이어를 각각 제조하였다. 페이스트는 붓을 사용하여 도포하였으며 와이어는 속도 15mm/s로 자동송급장치를 사용하여 송급하였다.

성능/효과

플럭스를 이용한 티타늄의 용접시 MgF2 플럭스는 효과적으로 아크를 긴축시켜 용입깊이를 증 대시킨다. MgF2를 첨가한 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 용접하면 비드폭에 대한 깊이의 비가 페이스트를 사용한 경우보다 약 60% 증가하였다. 이는 플럭스 코어드 와이어의 경우 안정적인 플럭스 공급과 규칙적인 용적의 이행 둥에 기인하는 것으로 판단된다.
2에는 용접 중 아크전압을 측정한 결과를 나타내었는데 MgF2의 증가와 함께 아크전압이 증가하고 있다. 이러한 결과로부터 MgF2가 CaF2보다 아크를 더욱 더 긴축시켜 용입깊이를 증가시키는데 더욱 더 효과적임을 알 수 있다.
565로 페이스트를 사용한 경우보다 약 60% 증가하였다. 이러한 증가는 플럭스 코어드 와이어으 경우 페이스트에 비해 안정적인 플럭스의 공급과 규칙적인 용적의 이행 둥에 기인하는 것으로 판단되며, 플럭스 코어드 와이어를 사용하면 용입깊이를 더욱 증대시킬 수 있음을 나타 낸다.
5에는 플럭스 중 MgF2 함량에 따른 용 접금속의 산소량 변화를 나타낸다. 플럭스의 첨가 방법 (페이스트 혹은 와이어에 상관없이 산소는 약 0.18%로 일정한 값을 나타내어, MgF2가 첨가된 플럭스 코어드 와이어를 사용하는 경우에도 용접금속의 오염은 페이스트와 동일한 수준임을 알 수 있다.

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